基于异常复电位2.5维CR有限元数值模拟

论述了基于异常复电位2.5维复电阻率法的正演计算技术。首先给出了二维地电断面、三维交流双点电源复电阻法的变分问题;然后利用有限单元法求解变分问题,在矩形网格中增加2条对角线形成三角网格对研究区域进行剖分,在单元中对复电位和岩、矿石复电导率进行线性插值,将变分方程化为线性代数方程组;最后,求解线性方程组,得到各节点的异常复电位值,并根据选定的测量装置计算出地表的视复电阻率,进而计算出复电阻率的振幅、相位或复电阻率的实、虚分量。通过理论模型的计算检验算法的有效性后构建模型算例,给出了其不同测量装置下的计算结果。     

含油污水污染地下介质的电性异常模拟及实例分析

为了提高电阻率法对地下介质污染问题的探测能力,分析了含油污水污染地下介质后引起的导电性变化,建立了适用于该问题分析的地电模型。利用2.5维有限元的方法正演模拟了采用温纳、施龙贝格、偶极和二极装置监测时所得的典型电异常剖面。正演模拟结果显示不同装置对污染区的反映能力不同,相对而言施龙贝格和温纳装置对污染区分布的反映较为直观。饱和粘土的含油污染区用温纳装置测量,剖面上表现为相对高阻异常特征,异常区域分布和污染通道相吻合。应用实例也证实了这一分析。     

复电阻率法二维正演并行计算研究

复电阻率法二维正演采用二次场算法,结合有限单元法进行离散化,然后引入ColeCole模型,完成数值模拟。通过理论模型试算验证了二维正演程序的正确性。当模型剖分较细时,多发射源、多频率的正演计算效率有待提高。复电阻率法二维数值模拟是按发射源或频率计算,且各发射源之间、各频率之间计算是相互独立且互不影响的,因此通过引入MPI并行计算来提高其计算效率,从而减少其正演所需的时间。采用串行、并行复电阻率法二维正演程序来计算同一理论模型,结果验证了该并行程序的正确性。对并行算法的效率进行分析表明,该并行算法是可靠的、高效的。     

基于Gmsh的起伏地形下井—地直流电法正演模拟

采用Gmsh软件对起伏地形下的异常体模型进行建模和不规则网格剖分,将剖分网格数据应用到2.5D有限元正演程序中,并使用井—地联合观测方法对正演计算结果进行分析.分析结果表明:采用不规则网格剖分拟合起伏地形和使用井—地联合观测方法来进行起伏地形下的地质情况勘探能得到较好的结果,同时还研究了使用不同观测装置时山谷地形对下方...     

利用高密度电阻率法监测地下介质污染问题的数值模拟

对地下介质不同污染模式的电性分布特征,给出了不同的地电模型。针对不同的地电模型,利用2.5维有限元正演模拟的方法计算出了不同监测装置形式下的异常分布特征,并给出了针对不同污染模式的最优监测装置形式和异常分析方法。同时模拟分析了对于不同污染程度监测的可行性。      

不平地形条件下高密度电阻率法的2.5维反演

讨论了不平地形条件下电阻率法2.5维正演和反演的算法,并在此基础上编制了高密度电阻率法2.5维反演程序,该程序可用于九种常用电极装置观测结果的反演.对理论和实测数据的反演结果表明,本文的算法正确,程序运行稳定,反演效果很好.     

煤体复电性频散响应实验研究

为研究煤体复电性频散响应特征，实测不同测量面积，不同方向煤体的复电阻实部R和虚部X，分析其频散特征，并用不同经典模型进行数据反演对比。结果表明:任意方向煤体的复电参数（R、X的绝对值）与测量面积成反比，频散曲线的特征频率点不发生偏移，X频散度随测量面积增大而减小；相同测量面积，不同方向煤体的复电性频散响应不同，复电频散曲线发生偏移，平行层理方向煤体X的频散度大于垂直层理方向；Debye模型与Cole-Cole模型对煤体复电性频散曲线均可高精度拟合，但前者模型参数精简，物理意义明确，与煤体复电频散曲线开合情况吻合度较高。本研究可为复电性评价法监测煤层裂隙发育及评价煤层渗透率提供实验基础。      

井地-高密度电法联合数值模拟研究

从点源场的边值问题出发,利用有限元推导了井地电法和高密度电法2.5维的详细解法,并编制了相应的程序。利用均匀半空间的地电模型进行了正演计算,并与地下真实电阻率进行了对比分析,验证了算法的正确性。在此基础上对均匀介质中存在对称高阻体和边缘高阻体的模型,进行正演模拟,分别得到其井地电法的视电阻率断面图和高密度电法的视电阻率断面图。结果表明,结合两种方法可以对地下存在的高阻异常体进行有效精确地探测。     

跨孔电阻率法有限元数值模拟及反演

油气资源和矿产资源勘探中,常需要较大的勘探深度和较高的深部分辨能力.充分利用现有钻孔的井地或跨孔电阻率成像技术适应这种要求,但引起的视电阻率响应复杂,从而给资料的正确处理与解释带来一定的困难,为此有必要通过正演数值模拟和反演相结合的手段,对理论模型井地或跨孔装置的响应异常规律进行研究.文章通过设计一个典型地质模型,利用Ansys有限元软件对模型进行2D跨孔电阻率法有限元正演计算,并将模拟的响应视电阻率作为反演的输入,结合平滑约束最小二乘反演,分析了异常特征和分布规律.     

金伯利岩体上中梯装置ρ_s异常的性态研究

简要介绍了边界单元法的计算原理,以直立圆柱、圆台、蘑菇状模型模拟不同形态的金伯利岩体,用边界单元法对上述模型的中梯装置ρ_3异常进行了正演计算。着重对正演计算结果进行分析,总结出不同条件下ρ_3曲线的性态特征,所得规律有利于进一步改善中梯装置电阻率法在勘查金伯利岩中的应用效果。     

电导率连续变化的线源FCSEM有限元正演模拟

为了更好地模拟地下介质连续变化及开展连续介质的反演,对二维电导率分块线性变化的线源频率域可控源电磁法进行了有限元正演模拟,在剖分单元内同时对电场及电导率参数线性插值,使电导率参数在剖分单元之间保持连续变化。首先,提出有限元正演模拟的边值问题及变分问题,并详细论述了有限元的剖分、插值、单元分析及总体合成的各个步骤;其次,采用稀疏存储及基于不完全LU分解的BICGSTAB算法求解复系数方程组,节省了内存并提高了计算速度;然后,对一个均匀半空间模型进行模拟,计算结果表明,低频及高频的有限元数值解都与解析解吻合,证明了算法的正确性;最后,对水平层状模型及垂直断层模型进行正演计算,视电阻率及相位的等值线图均较好地反映出了异常体,说明文中算法能够对电导率连续变化的线源可控源电磁法进行有效地模拟。     

基于TV井地2.5D直流电阻率正则化反演

针对目前地面直流电阻率法所面临的勘探深度有限的问题,开展了基于TV井地2.5D直流电阻率正则化反演研究。首先从井地直流电满足的边值问题出发,采用三角单元二次插值有限元法推导了2.5D井地电阻率正演公式。为了提高计算效率,对边界采用近似处理、以及利用图论理论的矩阵重排与填入元分析方法,实现了稀疏矩阵的直接解法,大大提高了计算效率。为了能够提高反演结果的稳定以及对异常边界分辨能力,采用L曲线法求取正则化因子、TV的稳定因子以及共轭梯度方法进行反演目标函数的求解,研究表明,反演结果高效、准确。最后对不同井地观测方式的反演结果进行对比分析,得出井地直流电阻率异常特征和分布规律。     

高密度电阻率法的2.5维反演

讨论了电阻率法2.5维正演和反演的算法,并在此基础上编制了高密度电阻率法2.5维反演程序,该程序可用于8种常用电极装置观测结果的反演.对理论和实测数据的反演结果表明,采用的算法正确,程序运行稳定,反演效果很好.     

井地2.5维DC反演研究

开展了不同观测方式的井地2.5D直流电阻率反演研究。①从2.5维直流电阻率满足的边值问题出发,采用变分原理结合节点线性基函数推导了2.5维井地DC满足的积分弱解形式;②构建了二阶最大平滑稳定泛函的2.5维井地直流电阻率正则化目标函数,采用共轭梯度算法对正则化目标函数进行最优化求解,并采用逐步衰减正则化因子的求解策略来提高反演的稳定性;③设计了均匀半空间模型得到的数值解与解析解对比,电位的相对误差在2%以内,阐述正演算法的正确性和高精度。另外,分析了不同观测装置的2.5维井地直流电阻率异常体特征,并对不同观测方式对2.5维井地DC理论数据进行反演研究。研究结果表明,井中数据的引入提高了2.5DC对纵向探测的分辨率能力,同时提高了2.5DC反演有效性以及准确性。     

2.5维复电阻率反演并行算法设计

近年来2.5维复电阻率反演取得了一些理论和应用方面的成果,但计算过程复杂、计算量巨大,特别是正演计算过程中计算量大导致了反演速度较慢。这里在2.5维复电阻率反演计算基础上,将反演算法中的正演过程的排列和频率循环分割成多个规模较小的程序段,并发执行正演过程中的每个排列和频率循环的求解计算过程,并根据并行计算的节点数目或者计算核心数目,动态调整每个节点或者计算核心的计算量,从而提高了算法的计算效率和适应性。     

起伏地形下复电阻率法25维反演研究

复电阻率法以岩、矿石的频谱参数特性为勘探依据,多种参数的组合解释能为评价异常源的性质提供更为丰富的信息。但其反演问题一直没有得到较好地解决,已经严重地影响和制约了该方法的应用和发展。本文由频率域电磁场的偏微分方程出发,结合Cole-Cole数学模型进行公式推导,并利用有限单元法实现了复电阻率2.5维正演模拟,能够计算起伏地形条件下包含电磁效应的复电阻率响应。在此基础上,提出了利用多个排列的视电阻率和视相位数据的复电阻率反演方法,并在反演方程中加入了Occam法的光滑模型约束,能够对复电阻率参数直接进行大规模的全区反演,有效减弱了SIP反演中欠定性严重的问题。通过理论模型的反演算例表明,该方法能够快速、准确地反演出二维地质断面上所有单元的4种复电阻率参数,从而验证了该反演算法的正确性与稳定性。     

井地电位2.5维有限元数值模拟异常分析CSCD

从井地电位法满足的边值问题出发,利用有限元推导了井地电位2.5维的详细解法,并编制了相应的程序。然后利用该程序对一水平层状的地电模型进行了正演计算,并与解析解做了对比分析,验证了程序的正确性和有效性。在此基础上对均匀介质中分别存在高阻板、低阻板以及高阻板与低阻板同时存在的模型,进行了正演计算,得到了视电阻率拟断面图及点电流源在不同深度的视电阻率曲线分布图。结果表明,该方法能够对地下介质进行有效的探测,能够精确地确定异常体上边界、下边界的埋深位置。     

井地电位2.5维有限元数值模拟异常分析

从井地电位法满足的边值问题出发,利用有限元推导了井地电位2.5维的详细解法,并编制了相应的程序.然后利用该程序对一水平层状的地电模型进行了正演计算,并与解析解做了对比分析,验证了程序的正确性和有效性.在此基础上对均匀介质中分别存在高阻板、低阻板以及高阻板与低阻板同时存在的模型,进行了正演计算,得到了视电阻率拟断面图及点电流源在不同深度的视电阻率曲线分布图.结果表明,该方法能够对地下介质进行有效的探测,能够精确地确定异常体上边界、下边界的埋深位置.     

时域激电谱有限元数值模拟

在时域柯尔-柯尔模型的时变电阻率表达式和时域激电法视参数计算公式的基础上,采用数字滤波法和等效电阻率法进行时域激电谱的迭代有限元数值模拟.模拟程序能够模拟不同围岩条件下各种地质体在不同装置下的激电异常特征,结果以文件和图形的方式直接输出,可为激电法的分析提供大量的信息.     

基于矢量有限元法的三维CSAMT模拟对近场效应影响因素的研究

可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)的人工可控场源会带来近场效应的问题,如果在实际数据反演时利用了近场数据,将会导致对地质构造的错误推断,从而给实际工作带来麻烦和经济损失。本文采用六面体网格剖分的矢量有限元方法进行三维CSAMT正演数值模拟,通过建立不同的地质模型,研究近场效应的影响因素及规律。层状模型的正演结果与理论解对比验证了算法以及程序的正确性。设计了不同电阻率的均匀半空间、场源下存在异常体、场源与接收点之间存在地形和地表异常薄层等地质模型,分析了视电阻率和阻抗相位的响应特征。得到如下结论:(1)均匀大地电阻率大小、场源与接收点之间存在低阻异常体,场源与接收点之间存在山峰地形以及地表异常薄层均会影响近场效应;(2)场源和接收点之间存在高阻异常体,场源与接收点之间存在山谷地形,场源下方存在异常体虽然影响近区的数据,但是对近区频点基本无影响。研究结果可为实际工作中收发距的选取提供参考,具有一定的理论价值。